Math Concepts for Food Engineering pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Hartel, Richard W./ Connelly, Robin K./ Howell, Terry A., Jr./ Hyslop, Douglas B.

出品人:

页数:248

译者:

出版时间:

价格:331.00元

装帧:

isbn号码:9781420055054

丛书系列:

图书标签:

• 食品工程
• 数学概念
• 传热传质
• 流体力学
• 化学工程
• 建模
• 模拟
• 数值分析
• 高等数学
• 应用数学

深入探索食物工程的科学基石：流体力学、热力学与质量传递基础 书籍名称： 食物流体力学、热力学与质量传递：面向现代食物工程实践的应用指南 书籍简介： 本书旨在为食物工程领域的学生、研究人员以及行业专业人士提供一个全面而深入的理论与应用框架，重点聚焦于食物加工过程中至关重要的三大物理化学基础——流体力学、热力学与质量传递。在现代食物工业追求更高效率、更优质产品和更可持续生产的背景下，对这些核心原理的深刻理解是解决实际工程问题的关键。 第一部分：食物流体力学的奥秘 食物流体力学是理解和设计食物加工设备，如泵、搅拌器、管道系统以及反应器所必需的工具。本部分将从牛顿流体和非牛顿流体的基本概念入手，系统阐述流体的本构方程及其在食物物料（如淀粉悬浮液、果酱、肉糜等）中的特殊表现。 1. 流体动力学基础与食物物料的特性： 我们将详尽讨论雷诺数（Reynolds Number）在判断层流与湍流中的应用，并特别关注黏度（Viscosity）这一核心参数。不同温度、剪切速率和固形物含量如何影响食物流体的表观黏度，将通过大量的案例研究和实验数据进行剖析。非牛顿流体模型，如宾汉塑性（Bingham Plastic）、幂律流体（Power Law Fluid）和卡森模型（Casson Model），将被深入探讨，并结合它们在挤压、泵送和雾化过程中的实际应用。 2. 动量传递与设备设计： 动量守恒定律（即纳维-斯托克斯方程）将作为核心框架，引导读者理解流体在复杂几何形状中的流动行为。我们将详细分析管道内的压力降计算、泵送系统的效率优化，以及搅拌罐中的混合效率。特别关注在食品加工中常见的局部阻力，如阀门、弯头和节流装置引起的能量损失。此外，本章还将涵盖固液两相流（如颗粒悬浮液）的处理，这对于理解发酵过程中的生物质转移和乳制品生产中的均质化至关重要。空气动力学在干燥和喷雾冷却中的作用也将被纳入讨论范围，确保读者能够全面掌握流体运动对产品质量和工艺能耗的影响。 第二部分：食物热力学：能量的转化与平衡 热力学是食物加工的核心驱动力，它决定了加热、冷却、蒸发和冷冻过程的能量需求和可行性。本部分将从经典热力学定律出发，结合食物物料的特殊性，构建一个实用的热力学分析体系。 1. 基础热力学与物性评估： 从能量、焓、熵和吉布斯自由能的概念开始，本书将详细阐述第一定律（能量守恒）在热交换器设计中的应用。关键的挑战在于食物物料的热力学性质（比热容、导热系数、潜热）往往依赖于温度、水分含量和组分。因此，本章将重点介绍预测和实验测定这些性质的方法，特别是对于复杂多相食品系统（如多孔介质）。 2. 相平衡与热化学过程： 深入探讨水在食物系统中的相图，特别是冷冻过程中的冰点降低现象，这对于速冻和冷藏技术至关重要。针对食品脱水过程，将引入化学势和活度（Activity）的概念，用于解释和预测水分在不同热力学条件下的迁移行为。此外，我们将分析反应热（如美拉德反应或酶解反应）对热负荷的影响，使热力学分析从纯物理转变到包含化学变化的综合工程分析。对热泵技术在节能食品加工中的应用也将进行案例分析。 第三部分：质量传递：成分的重新分布 质量传递过程（如扩散、吸收、萃取和膜分离）是决定食物产品风味、质地和保质期的关键因素。本部分将系统梳理扩散理论，并将其应用于复杂的食品分离和浓缩技术。 1. 扩散与菲克定律的扩展应用： 从菲克第一和第二定律出发，本章将详细讨论扩散系数（Diffusivity）如何受到温度、孔隙率和浓度梯度的影响。重点分析在非均匀介质（如烘焙食品的内部结构）中的有效扩散系数的确定方法。我们将讨论气体在固体食物中的吸收（如氧气或二氧化碳的溶解）以及挥发性风味物质的损失机制。 2. 对流与界面传质： 在实际的混合、萃取或干燥过程中，质量传递往往由对流主导。本章将整合动量传递和质量传递的知识，引入无量纲数（如施密特数，Schmidt Number）来描述流体动力学对传质效率的影响。我们将深入研究液-液萃取过程中的传质阻力分配，以及湿空气与食物表面之间的水分和热量耦合传递模型。 3. 分离技术中的质量传递： 质量传递在膜分离技术中扮演核心角色。本部分将分析超滤、纳滤和反渗透过程中的浓差极化现象，并探讨如何通过优化流速和膜材料来提高通量和分离效率。对于干燥过程，本章将聚焦于内部传质控制阶段的数学建模，以精确预测干燥速率曲线，从而优化能耗和产品脆性。 结语：整合与模型预测 全书的最后部分致力于将流体力学、热力学和质量传递这三大支柱进行有机整合，通过建立耦合模型来模拟复杂的、相互影响的食品加工单元操作。例如，如何结合流体力学预测搅拌效果、热力学计算加热需求以及质量传递模型来预测产品风味的损失。本书提供了大量的工程实例和 MATLAB/Python 辅助计算框架，确保读者能够将这些复杂的理论转化为可靠、可预测的工业解决方案，为设计下一代高效、智能的食物加工系统奠定坚实的科学基础。

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